Анализ неизвестного вещества

Проба на присутствие  восстановителей[7]

Для обнаружения восстановителей  берут смесь разбавленных растворов KMnO₄ + H₂SO₄.Обесцвечивание этого раствора вызывают  SO₃^2-, S^2-, S₂O₃^2-, J^-, NO₂^-,Cl^-, Fe²⁺,  Cr³⁺-ионы:

Растворение в воде [3]

        Небольшое количество анализируемого вещества вносят в пробирку, прибавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и перемешивают смесь некоторое время. Если вещество при этом полностью растворилось в воде, то большую часть вещества, отобранную для анализа, растворяют в возможно минимальном объеме дистиллированной воды и полученный раствор анализируют далее. Небольшую часть исходной твердой анализируемой пробы оставляют для проведения повторных или проверочных тестов, если это окажется необходимым.

Анализ на катионы

Аналитическая группа – группа катионов, которая с каким – либо одним реактивом (при определенных условиях) может давать сходные аналитические реакции. Деление катионов на аналитические группы основано на их отношении к различным анионам. Приняты две классификации: сульфидная и кислотно-щелочная.

По кислотно-щелочной классификации катионы делятся  на шесть аналитических групп (таблица 1)

Таблица 1-Разделение катионов на группы по кислотно-щелочной классификации

Катионы	Групповой реактив	Получаемые соединения	Групповая характеристика
K+, Na+, NH4+	нет	-	Хлориды, сульфаты и гидроокиси растворимы в воде
Ag+, Pb2+	2н HCl	Осадок AgCl, PbCl2	Хлориды нерастворимы в воде
Ba2+,Ca2+	2н H2SO4	Осадок BaSO4, CaSO4	Сульфаты нерастворимы (или плохо  растворимы) в  воде и кислотах
Zn2+,Al3+, Cr3+,	Избыток 4н КОН или NaOH	Раствор ZnO22-, AlO2-, CrO2-,	Гидроксиды растворимы в избытке  едкой щелочи
Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+	Избыток 25%-ного NH3	Осадок Mg(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3	Гидроксиды нерастворимы в избытке  едкой щелочи
Ni2+, Co2+, Cu2+	Избыток 25%-ного NH3	[Ni(NH3)4]2+,  [Co(NH3)4]2+, [Cu(NH3)6]2+	Гидроксиды растворимы в избытке  аммиака

 

Анализ анионов

В основу классификации  анионов положено различие в растворимости  солей бария и серебра. В соответствии с наиболее распространенной классификацией анионы делятся на три аналитические группы, как это представлено в таблице 2.

Таблица  2 – Классификация анионов

№ гр.	Анионы	Групповой реактив	Характеристика группы
1	SO42-,SO32, CO32-, PO43-,	BaCl2 в нейтральной или слабощелочной среде	Соли бария нерастворимы в воде
2	Cl-, I-	AgNO3 в присутствии HNO3	Соли серебра нерастворимы в воде и в разбавленной азотной  кислоте
3	NO3-, NO2-, CH3COO-	Группового реагента нет	Соли бария и серебра  растворимы в воде

 

Обычно сначала проводят исследование объекта на катионы. Из отдельных проб раствора при помощи групповых реактивов определяется, катионы каких аналитических групп присутствуют в растворе, а затем уже определяют в нём анионы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Ход определения состава неизвестного образца

        Для анализа выдано вещество представляющее собой смесь двух солей (пробирка №13). В состав солей по условию могут входить только следующие ионы:

Катионы:

1. К ⁺ ,Na⁺,NH₄⁺

2. Ag⁺,Pb²⁺

3.Ba²⁺,Ca²⁺

4. Zn²⁺,Al³⁺,Cr³⁺

5.Mg²⁺,Fe²⁺ ,Fe³⁺

6. Cu²⁺,Co²⁺,Ni²⁺

Анионы:

1. SO₄^2-, SO₃^2-,СO₃^2-, РO₄^2-

2. Сl^-,I^-

3. NO₃^-, NO₂^-,CH₃COO^-

       Анализ вещества проводится  в соответствии со схемой, описанной в пункте 1.2.

Предварительные испытания

       Выданное вещество представляет собой мелкозернистую смесь бесцветных кристаллов и крупинок.  По окраске вещества можно предположить, что в нем отсутствуют катионы Fe³⁺,Cr²⁺, Cu²⁺,Co²⁺,Ni²⁺.

Окрашивание пламени

       Нихромовую проволоку смоченную в разбавленной соляной кислоте прокаливаем в пламени горелки, затем охлаждаем до комнатной температуры. На подготовленную подобным образом проволоку помещаем несколько кристалликов анализируемого вещества. Пламя горелки окрашивается в бледно-голубой цвет, что свидетельствует о возможном наличии в анализируемом веществе катиона Pb²⁺ и отсутствии катионов К ⁺, Ba²⁺,Ca²⁺, Cu²⁺

 

 

Испытание на продукты термического разложения

        Небольшую порцию анализируемого вещества помещаем на дно тугоплавкой пробирки и нагреваем в пламени горелки. Наблюдаем выделение желтых паров, на основании этого можно сделать предположение о возможном наличии в анализируемом образце нитратов. Уравнения(1,2) образования этих веществ приведены ниже:

       Разложение нитратов:

а) от щелочно-земельных до меди (включительно)  Me(NO₃)₂ → 2MeO + +2NO₂ + O₂                                                                                                           (1)

б) нитратов серебра, ртути и др. 2MeNO₃ →2Me + 2NO₂ + O₂                       (2)

     Отсутствие темного налета на стенках холодной части пробирки также указывает на отсутствие йодидов в присутствии окислителей.                                                                               

      Вывод: в анализируемом веществе, возможно, присутствуют нитраты и отсутствуют йодсодержащие ионы.

 

Действие разбавленной серной кислоты

      К небольшому количеству выданного вещества добавляем несколько капель разбавленной H₂SO₄ и нагреваем в пламени горелки. Выделяется газ с характерным запахом уксуса.

Химизм процесса приведен ниже (уравнение (3)):

CH₃COO^- + H⁺ → CH₃COOH↑                                                                            (3)

      Следовательно, в анализируемом веществе, возможно, присутствует анион CH₃COO^-.

Действие концентрированной  серной кислоты

       К небольшой массе анализируемого образца медленно добавляем концентрированную серную кислоту. Выделяются бесцветные пары с характерным запахом уксусной кислоты, что еще раз подтверждает наличие в анализируемом образце аниона CH₃COO^-.                                               

      Выделения паров с характерным запахом хлора и фиолетовых паров йода в соответствии с уравнениями (4-6):

Cl^- + H⁺ → HCl↑                                                                                                  (4)

2Cl^- + SO₄^2- + 2H⁺ → Cl₂↑ + SO₃^2- + H₂O                                                           (5)       

2J^- + H₂SO₄ → J₂ + SO₃^2- + H₂O                                                                          (6)                     

 не наблюдаем, следовательно, в анализируемом веществе, возможно,  отсутствуют  анионы Cl^-,I^-.

Проба на присутствие  окислителей

       Берем смесь Н₂SO₄ с KI , добавляем несколько кристаллов анализируемого вещества. Выделения свободного йода,  который вызывает окрашивание раствора в бурый  цвет в соответствии с уравнениями (7-9)не происходит, на основании чего можно сделать предположение об отсутствии в данном веществе   анионов NO₂^- , Fe³⁺, Cu²⁺

Химизм процесса:

2J^- + 2NO₂^- + 4H⁺ → J₂ + 2NO + 2H₂O                                                                (7)

2J^- + 2Fe³⁺  → J₂ + 2Fe²⁺                                                                                       (8)                                     

4J^- + 2Cu²⁺  → J₂ + 2CuJ↓                                                                                    (9)                            

                             

Проба на присутствие  восстановителей

       К небольшой порции анализируемого вещества добавляем смесь разбавленных растворов KMnO₄+H₂SO₄. Обесцвечивание раствора в соответствии с ниже приведенным уравнениями (10-14) не наблюдаем ,что свидетельствует о возможном отсутствии в анализируемом образце NO₂^-, SO₃^2- , J^-, Cl^-, Fe²⁺

2J^- + 2NO₂^- + 4H⁺ → J₂ + 2NO + 2H₂O                                                               (10)

5SO₃^2- + 2MnO₄^- + 6H⁺ → 5SO₄^2- + 2Mn²⁺  +  3H₂O                                           (11)

16H⁺ + 10J^- + 2MnO₄^- → 5J₂ + 2Mn²⁺  + 8H₂O                                                  (12)

16H⁺ + 10Cl^- + 2MnO₄^- → 5Cl₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O                                                (13)

5Fe^{2+ +}  MnO₄^- + 8H⁺ → 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O                                                    (14)      

Растворение в воде

Анализируемое вещество полностью  растворяется в воде. На основании этого можно сделать предположение об одновременном нахождении в растворе ионов Ag, Pb²⁺,CH₃COO^-,NO₃^- (поскольку только с этими анионами, открытый в предварительных испытания катион свинца, полностью растворяется в воде).

Проба на присутствие NH₄

В анализируемую смесь добавляем несколько капель едкого натра и нагреваем в пламени газовой горелки, запаха аммиака не чувствуется следовательно анион NH₄⁺ отсутствует.

Проба на Fe²⁺

  В пробирку с анализируемым веществом вносим несколько капель раствора HCl  и раствор красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆] синего окрашивания раствора в соответствии с нижеприведенным уравнением (15) не наблюдаем, следовательно, катион Fe²⁺  отсутствует.

[Fe(CN)₆]^3-+ Fe²⁺→Fe₃[Fe(CN)₆]₂                                                                           (15)                                                             

Проба на Fe³⁺

В пробирку с раствором  анализируемого вещества прибавляем несколько  капель воды и несколько капель концентрированного раствора роданида аммония. Кроваво-красного окрашивания в соответствии с уравнением (16) не наблюдаем, следовательно, катион Fe³⁺ отсутствует.

Fe³⁺+3CNS^-→Fe(CNS)₃                                                                             (16)

Вывод : по результатам предварительным  испытаний можем сделать предположение о присутствии в анализируемой смеси следующих ионов: Pb²⁺,CH₃COO^-,NO₃^-

Систематический анализ

Проба на катионы 

Проба на катионы второй аналитической группы

К анализируемому образцу добавляем, несколько капель соляной кислоты HCl наблюдаем, выпадение осадка в соответствии с уравнениями(17,18), что подтверждает возможное присутствие в данном веществе катионов Pb²⁺,Ag⁺

Химизм процесса:

Pb²⁺+2HCl→PbCl₂↓                                                                                         (17)

Ag⁺+HCl→AgCl↓                                                                                          (18)

Проверим образовавшийся осадок на растворение в горячей  воде. Добавим к полученному осадку немного горячей воды. Осадок растворяется, следовательно, катион Ag²⁺ отсутствует.

Для того, чтобы точно удостовериться в присутствии в анализируемом образце катиона Pb²⁺ проведем следующий опыт. К нескольким каплям раствора анализируемого вещества добавим такое же количество KI. Выпадает желтый осадок (уравнение (19)).

Pb²⁺+2KI→PbI₂↓ +2K⁺                                                                                                                                         (19)